SU1725160A1 - Измерительный преобразователь емкости датчика - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  использо- вани  в устройствах преобразовани  физических величин с емкостными датчиками . Цель изобретени  - повышение точности путем уменьшени  вли ни  паразитных емкостей. Генератор 1 переменного напр жени  соединен с выводом датчика 2, диод 3 подсоединен встречно-параллельно базо- эмиттерному переходу транзистора 4, его эмиттер соединен с вторым выводом датчика . База второго транзистора 5 соединена с инвертирующим входом дифференциального усилител  бис эмиттером первого транзистора , неинвертирующий вход усилител  соединен с вторым выводом генератора и с общей шиной, а выход - с базой первого транзистора и эмиттером второго транзистора . С коллекторами обоих транзисторов соединен вход зеркала 7 тока, выход которого соединен с входом преобразовател  8 ток - напр жение, выход которого  вл етс  выходом всего устройства. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к области измерительной и преобразовательной техники и может найти применение в устройствах преобразовани  физических величин с емкостными датчиками.

Известен преобразователь емкости датчика , содержащий датчик, генератор переменного напр жени , электронный ключ, диодно-резистивные цепи, фильтр низкой частоты и сумматоры.

Недостатками известного преобразовател   вл ютс  низкие чувствительность и помехоустойчивость, обусловленные тем, что дл  получени  информации о емкости датчика используетс  только процесс разр да этой емкости. Кроме того, известный преобразователь имеет низкую точность, котора  обусловлена вли нием паразитных емкостей соединительных проводов, подключающих емкостный датчик к преобразователю .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл етс  измерительный преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного напр жени , первый вывод которого соединен с первым электродом емкостного датчика, диод, включенный встречно-параллельно базо-эмиттерному переходу транзистора, эмиттер которого подключен к второму электроду емкостного датчика, база подключена к второму выводу генератора переменного напр жени , а коллектор  вл етс  выходом преобразовател , причем первый электрод емкостного датчика подключен к общей шине.

Работа известного устройства заключаетс  в следующем.

Переменное напр жение с выхода генератора поступает на базу транзистора, кото- рый в зависимости от соотношени  напр жений на базе и эмиттере оказываетс  в провод щем или непровод щем состо нии . Поскольку в качестве эмиттерной нагрузки транзистора служит конденсатор датчика, то в течение времени, когда транзистор проводит ток, его эмиттерный ток, а следовательно, и ток коллектора будут пропорциональны емкости конденсатора датчика . В период времени, когда транзистор находитс  в непровод щем состо нии, конденсатор датчика перезар жаетс  через диод напр жением с выхода генератора переменного напр жени .

Основным недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность преобразовател , обусловленна  пр мым вли нием паразитных емкостей проводов по отношению к общей шине, соедин ющих датчик со схемой преобразовател . Этот недостаток

ограничивает применение известного устройства при удалении преобразовател  от емкостного датчика.

Цель изобретени  - повышение точности за счет уменьшени  вли ни  паразитных емкостей на результат преобразовани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измерительный преобразователь емкости датчика, содержащий генератор перемен0 кого напр жени , первый вывод которого соединен с первым электродом емкостного датчика, диод, включенный встречно-параллельно базо-эмиттерному переходу первого транзистора, эмиттер которого подключен к

5 второму электроду емкостного датчика, дополнительно введены второй, одного типа проводимости с первым, транзистор, первый дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к

0 эмиттеру первого транзистора, базе второго транзистора, неинвертирующий вход - к второму выводу генератора переменного напр жени  и общей шине, а выход - к базе первого транзистора и эмиттеру второго

5 транзистора, зеркало тока, вход которого подключен к коллекторам первого и второго транзисторов, а выход - к входу преобразовател  ток-напр жение, выход которого  вл етс  выходом измерительного

0 преобразовател .

Преобразователь ток-напр жение содержит второй дифференциальный усилитель , инвертирующий вход которого  вл етс  входом преобразовател  ток-на5 пр жение и через параллельно соединенные резистор и конденсатор подключен к своему выходу,, неинвертирующий вход подключен к общей шине, а выход  вл етс  выходом измерительного преобразова0 тел .

На фиг, 1 представлена принципиальна  схема измерительного преобразовател  емкости датчика; на фиг. 2 - принципиальна  схема преобразовател  ток-напр же5 ние.

Преобразователь содержит генератор 1 переменного напр жени , первый вывод которого соединен с первым электродом емкостного датчика 2, диод 3, включенный

0 встречно-параллельно базо-эмиттерному переходу первого транзистора 4, эмиттер которого подключен к второму электроду емкостного датчика 2, второй, одного типа проводимости с первым, транзистор 5, пере вый дифференциальный усилитель 6, инвертирующий вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора 4 и базе второго транзистора 5, неинвертирующий вход - к второму выводу генератора 1 переменного напр жени  и общей шине, а выход - к

базе первого транзистора 4 и эмиттеру второго транзистора 5, зеркало 7 тока, вход которого подключен к коллекторам первого и второго транзисторов 4 и 5, а выход - к входу преобразовател  8 ток-напр жение, выход которого  вл етс  выходом преобразовател .

Преобразователь 8 ток-напр жение содержит второй дифференциальный усилитель 9, инвертирующий вход которого  вл етс  входом преобразовател  8 ток-напр жение и через параллельно соединенные резистор 10 и конденсатор 11 подключен к своему выходу, неинвертирующий вход подключен к общей шине, а выход  вл етс  выходом преобразовател  8.

При использовании первого и второго транзисторов 4 и 5 n-p-п типа проводимости в качестве зеркала 7 тока необходимо использовать зеркало выте- кающего тока.

Преобразователь работает следующим образом.

Переменное напр жение с первого вывода генератора 1 поступает на первый электрод датчика 2. Первый дифференциальный усилитель 6 включен по схеме повторител  напр жени  и поддерживает в точке соединени  второго электрода датчика 2с базой первого транзистора 4 и эмиттером второго транзистора 5 напр жение, равное напр жению на втором выводе генератора 1, т.е. потенциалу общей шины. Отсюда следует , что все выходное напр жение генератора 1 приложено к электродам датчика 2, а значит ток, протекающий через него,  вл етс  мерой его емкости.

При положительной пол рности напр жени  на первом выводе генератора 1 ток, протекающий через конденсатор дат- чика 2, протекает через диод 3, создава  на нем падение напр жени , которое прикладывает к базо-эмиттерному переходу второго транзистора 5 и переводит его в активный режим, причем ток коллектора второго транзистора 5 будет по знаку и величине приблизительно равен току, протекающему через диод 3. Среднее значение коллекторного тока второго транзистора 5 следующее:

,22иш f С,

где Is - среднее значение коллекторного тока второго транзистора 5 за один полупе- риод работы генератора 1;

DUI и f - амплитуда и частота напр жени  генератора 1 переменного напр жени 

С - емкость конденсатора датчика 2.

При отрицательной пол рности напр жени  на первом выводе генератора 1 в активный режим переводитс  первый транзистор 4, коллекторный ток которого приблизительно равен по величине току, протекающему через конденсатор датчика 2, но противоположен по знаку. Среднее значение коллекторного тока первого транзистора 4 следующее:

i4 2,22 Uui f С ,

(2)

где Ц - среднее значение коллекторного тока первого транзистора 4 за один полупериод работы генератора 1.

Коллекторные токи первого и второго транзисторов 4 и 5 поступают на вход зеркала 7 тока, выходной ток которого следующий:

. f -С.

(3)

Выходной ток зеркала 7 тока поступает на вход преобразовател  8 ток-напр жение , выходное напр жение которого

U9«4RioUuj -f С,

(4)

25 30 35 40 45 JQ

55

где Rio - величина сопротивлени  резистора 10.

Таким образом, из полученного выражени  (4) видно, что выходной сигнал предлагаемого устройства, как и известного устройства, пропорционален емкости конденсатора датчика 2, но в отличие от известного устройства уменьшено вли ние паразитных емкостей проводов по отношению к общей шине, соедин ющих датчик 2 со схемой преобразовател . Это объ сн етс  следующим. Емкость провода по отношению к общей шине, соедин ющего первый электрод датчика 2 с первым выводом генератора 1 переменного напр жени , не вли ет на результат преобразовани , так как  вл етс  нагрузкой по выходу генератора 1 переменного напр жени .

Вли ние емкости провода по отношению к общей шине, соедин ющего второй электрод датчика 2 со схемой преобразовател , в предлагаемом устройстве по сравнению с известным существенно уменьшено. Это обусловлено тем, что потенциал второго электрода датчика 2 за счет глубокой отрицательной св зи первого дифференциального усилител  6 поддерживаетс  равным потенциалу общей шины, т.е. обкладки паразитной емкости оказываютс  равнопоте- циальными, что и уменьшает их вли ние на результаты преобразовани  и повышает точность.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и  

Claims (2)

1. Измерительный преобразователь емкости датчика, содержащий генератор пере- менного напр жени , первый вывод которого соединен с первым электродом ем- костного датчика, диод, соединенный встречно-параллельно база-эмиттерному переходу первого транзистора, эмиттер которого соединен с вторым электродом емкостного датчика, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  вли ни  паразитных емкостей на результат преобразовани , в него введены второй, одного типа проводимости с пер- вым, транзистор, дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с эмиттером первого транзистора и базой второго транзистора, неинвертиру0

ющий вход соединен с вторым выводом генератора переменного напр жени  и с общей шиной, а выход - с базой первого транзистора и эмиттером второго транзистора , вход зеркала тока соединен с коллекторами первого и второго транзистора, а выход - с входом преобразовател  ток-напр жение , выход которого  вл етс  выходом измерительного преобразовател .

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что преобразователь ток-напр жение содержит второй дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого  вл етс  входом преобразовател  ток-напр жение и через параллельно соединенные резистор и конденсатор соединен со своим выходом, неинвертирующий вход соединен с общей шиной, а выход  вл етс  выходом измерительного преобразовател .

L.

Фиг. 2